加拿大医疗废弃物处理技术述评
1. 前言
自50年代起，医疗废弃物处置已引起世界各国广泛重视，1989年制定的《控制危险废弃物越境转移及其处置的巴塞尔公约》，将“从医院、医疗中心和诊所的医疗服务中产生的临床废弃物”列为“应加控制的废弃物类别”中Y1组，其危险特性等级为6.2级，属传染性物质。我国1998年颁布的《国家危险废弃物名录》中规定，与医疗废弃物有关的HW01(医院临床废弃物)、HW03(废药物、药品)和HWl6(感光材料废弃物)均属于危险废弃物，医疗废弃物是一种危害极大的特殊废弃物，这些废弃物主要来自于病人的生活废弃物、医疗诊断、治疗过程中产生的各类固体废弃物，它含有大量的病原微生物、寄生虫，还含有其它有害物质。国内医疗机构大多集中在市中心区域，如对医疗废弃物，特别是医院临床废弃物不加以严格处理与管理，则在包装、贮存和处理过程中可能发生传染性物质、有害化学物质的流散，直接危害居民健康和安全。
2. 医疗废弃物的分类与危害
2.1 分类
1988年WHO规定：(1)一般废弃物；(2)病理废弃物(组织、脏器)；(3)感染性废弃物；(4)损伤性废弃物(锋利性物质)；(5)化学性废弃物；(6)药剂废弃物；(7)放射线废弃物；(8)爆炸性废弃物(压缩器)。
从病房和检验室产生的废弃物及感染性废弃物包括：(1)注射针头、针管、采血针；(2)各种导管(导尿、洗肠管，引流管)；(3)微生物检查用过的器材、敷料(培养皿、试管、尿杯、尿袋、脱脂棉、纱布、胶布、手套)；(4)病理检查废弃物(组织、脏器)；(5)被病人血液、体液、胸水、腹水、胆汁污染的敷料；(6)传染病病人用过的物品。
2.2 危害
据调查，医疗废弃物中含有大量的病原体，如：细菌、病毒、真菌、放线菌、支原体、螺旋体、衣原体、立克次体等。有的医疗废弃物中查出含有大量乙肝病毒，表面抗原阳性率高达89%。此外，废弃物中的有机物不仅孳生苍蝇、蚊虫造成疾病的传播流行，并且在腐败分解过程中释放出难闻的 NH3、H2S、SO2、碳氢化合物等恶臭气体和多种有害物质，这些有害物质及病原体大量附着在废弃物中的微粒物质上，在风和气流的作用下，飘散于空气中，污染大气，危害人体健康。
医疗废弃物不仅危害社会环境，在医院中也是造成院内交叉感染和空气污染的主要因素。在实行城市垃圾袋装化之前，病区废弃物在垃圾间及垃圾道内堆积，病房常有臭气，蚊蝇肆虐。实行袋装垃圾化后，一些废弃物仍被拾荒者捡拾，流入社会生活中。因此，尽量地减少医疗废弃物的堆放、收集、运输过程和环节，尽快进行无害化处理，是一项保护医院和社会环境免受其危害，保护医院病员、工作人员身体健康，防治环境污染的重要措施。
3. 加拿大医疗废弃物的处理技术
3.1 高温高压粉碎技术
目前，可供选择的医疗废弃物的处理方法日益增多，随着医疗废弃物焚烧法规的不断完善，促使人们去寻求和使用更经济、可行的等效处理替代法。在这些新的处理替代法中，加拿大协德技术公司(SHRED-TECH)的医疗废弃物高温高压粉碎处理技术，就是其中颇具代表性的一种方法。
高温高压粉碎技术的工作原理是将医疗废弃物通过铝制小车送入特种压力容器中，由计算机控制对废弃物进行真空、高温和高压蒸汽等消毒处理，使废弃物达到规定的安全排放标准，再送入特种粉碎机彻底销毁。经过处理后的医疗废弃物体积减少50～85%左右，重量减轻20%左右，成为普通的无菌无病毒无害的城市垃圾。适用于医院和卫生所的医疗固废处理，完全达到并超过目前一般医疗废弃物处理所要求达到的LOG4（病原体消毒灭菌指标）标准，使高危的医疗废弃物成为一般的生活垃圾，最终进入城市垃圾收集和处理系统。该技术在有效地减少医疗废弃物的同时，从根本上解决了废弃医疗器具等重复使用所造成的二次污染。目前，协德技术公司提供的设备配置工艺采用LOG6消毒灭菌标准。
高温高压粉碎技术的工艺流程简述如下：医疗废弃物放入高温高压容器（专用防腐材料小车）→推入密封压力容器→抽真空10psi→高温 120～150℃+高压24～28”Hg 蒸汽→排放冷凝水和蒸汽降温降压→送出高温高压容器→粉碎销毁处理→无菌无病毒和无害的一般城市垃圾。加拿大协德技术公司医疗废弃物高温高压粉碎处理技术特点为：
① 自动化程度高。医疗废弃物处理工艺循环过程由电脑自动控制完成，电脑通过安装在各个部位的特种探头等将反馈信号同提前设置的标准进行自动跟踪，将设备状态调整到规定要求。在废弃物整个处理过程中，自动记录仪器会将设备压力、温度、真空和时间自动记录下来便于管理和监控。
② 安全可靠。设备中特种压力容器由特种钢材生产，其安全门开启由机械、液压和电子三重保护装置控制，确保在任何错误操作情况下，设备处于绝对安全状态。粉碎机采用电脑PLC逻辑控制系统，低速强扭矩防水设计，可以粉碎各种金属刀片和器械。
③ 操作简便。操作过程中废弃物装载由自动升降导轨将特制铝合金小车送入和送出压力容器，而垂直液压升降机可以将废弃物直接喂入粉碎设备。由于不直接接触各种医疗废弃物，对设备操作、维修以及处理各种应急事故人员没有病菌病毒传染危险。如选择螺旋输送设备和特种自挤压防渗漏医疗废弃物运输箱，使废弃物可以自动送出厂房到垃圾箱中。
④ 生产现场不产生污染问题。无空气污染：经过蒸汽消毒灭菌后排放（可配置特殊过滤器）；无废水污染：水蒸汽经过冷凝系统变成洁净水排入下水管道；无噪音污染：处理过程噪音低。
⑤ 相对于焚烧设备，高温高压粉碎处理技术设备投资小、维修方便、运营成本低、回收期短。
高温高压粉碎技术的缺点在于废弃物减量化程度不高，且无法处理人体器官及肢体。协德技术公司生产的医疗废弃物处理成套设备根据型号不同可以每45min处理45～1020kg，目前产品已经成为北美使用量最大的主流产品并在欧洲、亚洲、非洲和中东地区成功运行。
3.2 逆聚合处理技术
作为替代焚烧处理工艺的微波处理技术曾经在美国引起广泛关注，最先采用这种技术来处理医疗废弃物的是联邦德国，该技术既适用于现场处理，又可应用于废弃物转移后的集中处理。90年代初期，美国北卡来罗纳州率先建立了微波技术现场处理设施．这个处理系统；在控制的条件下浸湿并将废弃物破碎之后，放置于槽中，用微波对废弃物消毒．废弃物体积减少60～90%，处理过的废弃物与其它废弃物没有差别，对微小杆菌微生物芽胞试验指示物进行试验，发现处理的废弃物已无害化。微波技术经过不断地完善，目前已由加拿大EWI (Environmental Waste International)公司将其衍生为拥有专利权的逆聚合处理技术(Reverse Polymerization)。
逆聚合废弃物处理技术系采用高能量微波在充满氮气（无氧）的密闭舱进行消毒灭菌的医疗废弃物处理方式。它能非常迅速且有效地将感染性医疗及生化废弃物分解并处理成无毒无菌且无法识别的碳化残渣。能在操作温度150～250℃将处理的废弃物消毒并达到LOG6的灭菌效果。下图为EWI公司的 MD-1000医疗废弃物处理系统示意图及工艺流程。
 图1 MD-1000医疗废弃物处理系统示意图及工艺流程 |
该系统由三个Chamber组成，每一个Chamber完成一个处理阶段，分为三个阶段。Chamber1为称量和净化室，完成第一阶段，主要进行4个过程：自动进料→自动密封→充氮/废弃物称重→除氧；第一阶段完成后，开启Chamber1和Chamber2之间的自动闸门将废弃物移入 Chamber2—微波减量室进入第二处理阶段，主要进行3个过程：废弃物移入减量室→激活磁控管产生微波→尾气排至尾气处理单元，在此阶段，应用超微波能量按废弃物形成中的分子链转动，当分子链转动时产生窄波红外线光子，处理物吸收红外线能量之后，促使分子链产生变化并产生更高能量的红外线，打破原有的分子链，使其完全分解还原并减量灭菌成无法识别的碳化物，从而实现减量化；第二阶段完成后，开启Chamber2和Chamber3之间的自动闸门将减量后的废弃物移入Chamber3—冷却粉碎室进入第三处理阶段，主要进行2个过程：废弃物冷却以及粉碎→排出粉碎后的无公害碳化残渣。
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表1 逆聚合技术与其它处理方法比较
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焚化技术
此种方法是目前处理感染性废弃物最主要的方法，但因焚烧而产生的有毒气体—二恶英，所衍生的空气污染，将无法通过环保的空气排放标准。现代机械化炉设施相当复杂，建造成本高昂，且需要相关的污染防治设备及训练有素的专业人员进行操作，所以不论是设置成本或管理操作成本均非常的高昂。
超微波消毒法
利用超微波所产生的蒸汽抑制病菌的活动，处理效果只能达到第三级的消毒。此种方式因无法处理所有废弃物，故必须将废弃物做预处理处理、分类及磨碎，使工作人员遭到感染或意外伤害。
高温蒸汽分裂
使用此种方式得事先将废弃物分类，将不同种类的废弃物，采用不同的方式处理。经处理后的固态废弃物，必须再运送至掩埋场掩埋，液态废弃物则再送至污水厂进行处理。
化学消毒法
医院内的日用品，设备或设施表面一般大多均采用此种方式处理。此种处理通常需配合其它事前处理程序。经化学消毒 处理后之废弃物，它仍保持原来体积，无法达成减量。
热裂解法
极大温差（90℃～5,500℃）无氧或少氧状态下进行的处理方式。此种方式需要极大的能源输入且需持续操作。其建造及操作费用为所有感染性事业废弃物处理技术中最高的。
熔融法
为搭配利用炼钢炉设备中3,000℃高温来处理感染性事业废弃物的一种方式，其方法为以100吨钢配1吨感染性事业废弃物处理，但必须得先作好事前准备工作，此技术处理可达到第四级消毒。
辐射线照射法
使用辐射线(Gamma, Electron bean 或E-bean)照射技术处理。其效果可达到第四级消毒程度，但纵使有事前、事后之相关工作配合却仍不能达到减量效果。这类技术目前仍属于实验阶段，将被应用到商业用途，且辐射线需要辐射源，例如钴60之使用，它需要较高的资金投入且操作费用高昂。
逆聚合法
对所有传染性生物、解剖后之废弃物、注射针筒和尖锐物品且有效去毒(Sterilization)、减量的效果且操作简单容易，更不须做预处理，安定性高，处理后可达到第四级消毒程度且减量80%以上，不仅符合环保消毒、减量之效果，且因其无烟、无臭、不会造成二次公害，完全符合环保要求。处理程序可达到第四级消毒程度。
EWI公司逆聚合技术的特点在于：
① 在低温(150～250℃)低压无氧状态下使用微波对废弃物进行分解。
② 处理后的残余物可直接掩埋—无臭、无噪音，固、液、气可实现无污染排放。
③ 废弃物减量化程度高—80%以上。
④ 灭菌程度高—Log6(99.9999%)。
⑤ 处理过程无二次污染。
⑥ 营运成本低，能耗少(<1.65KWh/kg废弃物)。
⑦ 序批式处理，自动化程度高，计算机控制。
目前，逆聚合技术缺点在于处理量不大，一年仅能处理448 吨，专门处理医疗废弃物，不可处理医疗及生活废弃物的混合物，因此它不适于医疗废弃物的大规模集中处理。EWI公司MD-1000系统已经在英国利物浦和台湾等地区成功运行。
3.3 热气化处理技术
目前医疗废弃物处理最普遍采用的仍然是焚烧技术，焚烧能够做到废弃物的减量化、稳定化、无害化。在所有可行的医疗废弃物处理中，焚烧法已被证明是破坏传染性和有毒性物质、减少体积和重量的最有效的方法之一。我国采用焚烧方法处理医疗废弃物历史虽不短，但由于没有严格的处理标准，绝大多数医院是采用简易的焚烧炉或焚烧坑来焚烧医疗废弃物，这种分散的简单的处理带来的环境污染是十分严重的。70年代曾发生过由于医疗废弃物处理不当引起乙型肝炎传播流行的事件，特别是焚烧设备的简陋使得长期从事这项工作的人易患癌症。80年代末期，我国的一些城市出现了专门焚烧场，这对分散处理带来的环境污染有所改善，可这些炉型多参照一般工业炉设计，专业化程度不高，焚烧的质量特别是对尾气的净化效率不高。
 图2 Eco废弃物氧化系统 |
加拿大Eco废弃物置理公司开发的热气化处理技术是一项将废弃物转化成可回用气体、可回用及无害化材料的先进技术，生成的气体可以充当燃料，用于发电、加热水或蒸汽。热气化是一种与传统焚烧方法完全不同的技术。气化是利用废弃物能量来加热，因此不需要高温，无需压缩空气；而传统焚烧炉则需要高温条件，并且要将空气压入初级室。其设备如图3所示。
由于Eco处理废弃物氧化系统的温度低于金属及玻璃的熔点，因此金属和玻璃不发生变化，可以沉积在底灰中而被去除或进入完备的再生系统回用。由于传统焚烧炉的温度比较高，金属和玻璃会嵌入耐火衬里中，在清灰过程中会损伤衬里表面。此外，熔化的金属和玻璃可能会污染尾气，并且在灰渣中残留污染环境。气化过程只需要供给少量的氧气就能进行，其需要空气与废弃物的比率不到传统焚烧炉需气量的10%。为了能够连续地填充废物，传统焚烧系统初级室的门会有规律地开关，搅拌作用提高了微粒和化学污染的几率。与传统焚烧工艺相反，为了精确地控制反应过程，Eco废弃物氧化系统的初级室在整个运行周期内是密封的，这一点使得该技术在环境清洁和处理效率方面优于其他处理系统。其工艺流程如图4所示：
 图3 Eco废弃物氧化系统工艺流程 |
Eco废弃物氧化系统的运行由计算机自动控制，由PLC(可编程连续控制器)对重要的参数进行连续的监控。工艺处理流程简述如下：①将待处理的废弃物装入初级室。②密封初级室后运行系统，气化周期开始。完备的计算机和逻辑控制器自动启动，对整个运行周期内的时间、温度以及所有相关参数进行监控以确保运行安全和污染物处理效果。③在260℃左右，废弃物中的挥发性物质开始气化挥发，将初级室温度进一步升高至426℃，废弃物中的所有有机成分将完全气化。④在缺氧状态下，有机化合物将首先转化成挥发性有机物(VOC)而气化，然后生成的VOC将逐渐迁入二级室，在二级室中通过控制热和空气将迁入的VOC完全氧化，从而避免生成任何有毒副产物。⑤将次级室的温度保持在 1000℃左右，热气和VOC在此停留时间为两秒，通过保持系统高温(1000℃)来确保对病原体的杀灭效果。
当该系统在次级室最低温度1000℃、停留时间2秒的状态下运行，废气经过尾气洗涤塔处理后，经加拿大ORTECH环境实验室1999年6月在Eco废弃物处理现场(Burlington,Ontario)测试表明排放的尾气完全符合美国EPA规定的排放标准，测试项目和方法按照EPA规定执行。该医疗废弃物处理技术的应用优点在于：
① 处理性能通过加拿大ETV程序认证。
② 处理前不需要预先分类和处理。
③ 减量化程度高，废弃物减量化超过90%
④ 灭菌程度高—Log10，有效阻止疾病以及传染性物质的传播。
⑤ 自动化程度高。
⑥ 设备寿命长，达20年以上。
⑦ 从废弃物中回收能量，节省能源。
尽管该技术设备昂贵，但其融资渠道广泛，可申请加拿大政府贷款，另外也可实现本土化生产。相对于高温高压粉碎处理技术和逆聚合处理技术，此工艺运行费用较高。目前，Eco废弃物氧化系统在加拿大、古巴以及菲律宾等国已成功运行。
4. 结束语
总而言之，上述各种处理方法各有其有缺点，没有十全十美的处理方法。因此我国在引进和借鉴发达国家先进的医疗废弃物处理工艺要因地制宜，结合当地实际情况对医疗废弃物处理技术加以选择。例如，在上海,广州,北京等土地资源紧张且医疗废弃物量又很大的城市，Eco公司的热气化技术相对于其它两种技术更为适合；对于贵州,青海等地域广阔且经济欠发达的省份而言，高温高压粉碎处理技术和逆聚合技术更具优势。
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